UASB 기술 개요

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UASB 기술 개요에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. UASB 기술 개요
2. UASB의 구성
3. 공정 처리 메커니즘
4. UASB 공정 설계
5. UASB 운영 인자

본문내용

(counter part) 이온인 ca2+, Na+와 같은 재적인 금속이온독성(metal cation toxicity)을 발생시킬 수 있으므로, 화학물질 주입시에 많은 주의를 요한다. 이에 대한 내용은 아래 표 2.를 통해 알 수 있다.
<표2. 혐기성 처리 미생물에 있어서 무기물 제한 농도>
(Parkin and Owen, 1986)
3) 독성물질(Toxic Compounds)
- Joseph and Frederick, 1992-
혐기성 반응조 내에서 독성을 띠는 물질은 크게 NH3와 H2S 이다. 암모니아성 질소는 유기
성 질소 화합물(단백질, 아미노산)의 분해 시에 주로 생성이 되는 것으로 이러한 암모니아 이온은 반응조 내에서 다음과 같은 평형식으로 존재한다.
NH+4 ↔ NH3 + H+ (pKa =9.27 at 35°C)
무기성 질소는 반응조 내에서 두가지 형태로 존재하는데, 암모니아 이온과 자유 암모니아이다. pH가 상승하게 되면, 위의 반응식과 같이 자유 암모니아의 형태가 많아지고, 이와 같이 증가된 자유 암모니아가 50~80mg/L에 도달하면, 메탄가스 형성균들은 적응 할 수 없게 된다(Baere et al., 1984).
다른 독성 물질인 H2S는 반응조 내에서 황산염을 형성 시킨다. 이것이 자체적으로 반응조 내에 독성물질로 작용하는 것은 아니다. 황산염은 황산염 환원균의 전자수용체로서, 황산염 환원균은 메탄생성균에 비해서 발효 물질대사에 강한 개체이다. 기존 연구에 의하면 이러한 H2S 농도가 50mg/l 일 경우 약 50%까지 메탄생성균의 활성이 저하되고, 200mg/l일 경우에는 메탄생성균의 활성이 완벽히 없어진다고 한다(Kroiss and Wabnegg. 1983; Lawrence et al.,1964).
이러한 H2S에 대한 저해 영향을 줄이기 위해서는 (1) 유입수를 혼합, (2) 용액에서 황화물을 침전 시키는 철이온을 주입 (3) 탈기를 통한 제거 (4) 생물학적 황화물의 산화 등의 방법이 있다.
b. 영양인자(Nutrient)
(1) 다량영양소(Macronutrient)
반응조 내에 미생물이 성장하기 위해서는 적절한 양의 다량영양소(질소, 인)와 미량영양소 (trace elements)가 필요하다. 다량영양소에 대한 주입량의 산정은 아래와 같은 과정을 거쳐 산정한다. 혐기 성장에 있어서 질소와 인의 양은 박테리아 세포의 재료가 되는 C2H7O2N에 대한 경험적인 식을 먼저 가정하여 필요량을 산정한다. 위의 분자식에서 보는 바와 같이 질소는 전체 세포의 12%를 차지하고 인의 비율은 질소에 대하여 1/7 에서 1/5정도 차지 한다. 다음으로 COD의 10%가 실제 생분해로 작용된다고 가정하고 이를 적정 COD/N/P로 산정한다. 이를 기본 바탕으로 주입 시 필요량을 산정한다. 질소원의 주입은 요소, 액상 암모니아, 염화암모늄 등을 주입하며, 인의 경우는 인산이나, 인산염 형태로 주입한다.
그러나 앞에 제시한 비율은 간단한 경험식을 바탕으로 한 것으로 실제와는 다를 수가 있다.이러한 예로써 아래 그래프와 같이 COD 부하량에 따라 COD/N의 비율이 달라질 수 있다. 반응조 내 바이오매스 당 COD 부하량이 많을 경우에 질소 요구량도 많아지는 것을 아래 그래프에서 볼 수 있다.
<그림 5. Nutrient requirements for anaerobic treatment at various organic loading rate (Henze and Harremoes, 1983)>
(2) 미량원소(Micronutrient)
- Singh et al., 1999 -
① 마그네슘(Magnesium)
몇몇 메탄생성균은 성장촉진에 마그네슘을 필요로 한다. 어떤 종에서는 마그네슘이 복제 증식 시간을 단축시키는 기능을 하지만, 최종 세포 잉여량을 증가시키지는 않는다. 그러나 마그네슘 이온의 농도가 높은 경우에 MgNH4PO4형태로 침전이 형성되고, 이것은 파이프라인에 막힘 현상을 발생 시킬 우려가 있다. 또한 이러한 2가 양이온의 농도가 높아지는 경우에 세포의 증식이 감소되는 경향이 있으므로, 이러한 양이온의 농도는 15~35ppm으로 주입량을 낮
게 유지해야 한다(Lier et al., 1983).
② 나트륨(Sodium)
나트륨은 메탄생성균의 종류마다 그 적정 요구량이 다르며, 세포 내에서 아미노산의 수송, 성장, 메탄화과정, 내부 pH조절 등은 모두 나트륨의 함수이다. 이와 같은 함수들은 각기 다른 농도의 나트륨의 함수이며, 나트륨은 가장 일반적으로 NaCl 형태로 주입된다.
③ 칼륨(Potassium)
미생물은 칼륨이 일반적인 성장에서 필수적인 요소이지만, 많은 양의 투여는 오히려 혐기 공정에서 메탄형성과정에 저해 요인으로 될 수 있다. 칼륨의 주입은 인산완충액(phosphate buffer)을 통해 이루어 지며 몇몇 연구에서는 KCl의 주입으로도 가능하다고 한다(Alphenaar et al.,1993).
④ 칼슘(Calcium)
칼슘은 슬러지간의 응집력을 촉진시켜주는 것으로 입상화를 촉진하는데 도움을 준다. Hulshoff은 유입기질에 150mg Ca2+/L의 첨가는 초기 운전기간 동안 슬러지 유실을 감소시켜 반응조 내에 슬러지 보유량을 증가 시킬 수가 있으며, 슬러지의 침전성도 증가 시켰다. 이러한 것의 가장 큰 요인은 일반적으로 음전하를 띠는 미생물 입자 간에 양전하의 칼슘이온은 제타 포텐셜을 낮추고 이로 인해 플록 형성을 촉진 시키는 역할을 하게 된다. 즉 여기서 칼슘이온은 결착제로써 작용한다. 하지만, 이러한 칼슘이온의 농도가 높게 되면, 입상 슬러지 표면에 스케일링의 원인이 되고, 이로써 미생물의 물질교환을 방해하는 제한 요소로 작용하게 된다(Mahoney et al., 1987)
* Reference(참고문헌)
- W.WESLEY ECKENFELDER,JR,“산업폐수처리공학”, 동화기술교역, 2002
- 우달식, “최신 수질오염개론”, 동화기술, 2011
- 오재일, 최영화, “UASB 반응조를 이용한 유기오염물 제거”, 중앙대학교, 2002
- SOWA Shinji, "UASB 폐수처리 SYSTEM", 한국기계산업진흥회, 1996

키워드

상향류 혐기성 슬러지상,   생물학적,   축산폐수처리,   UASB 기술